Il modello di cervello tridimensionale realizzato (Mahadevan Lab/Harvard SEAS)
in foto: Il modello di cervello tridimensionale realizzato (Mahadevan Lab/Harvard SEAS)

I solchi del cervello umano costituiscono una caratteristica tutt'altro che ricorrente presso gli altri animali: un alto livello di girificazione cerebrale distingue un ristretto numero di specie tra cui i primati, i delfini, gli elefanti, i maiali. Negli uomini, tale particolare formazione inizia a svilupparsi intorno alla ventesima settimana di gestazione del feto e si completa definitivamente soltanto quando il bambino ha circa un anno e mezzo.

Un cervello più efficiente: come e perché?

Le ragioni di questa particolarità possono essere facilmente motivate razionalmente dal punto di vista evolutivo poiché giri, solchi e scissure consentono di "comprimere" un'ampia corteccia in un volume relativamente piccolo, con il vantaggio di ridurre la lunghezza del collegamento neuronale, migliorando le funzioni cognitive. Non del tutto chiaro, invece, è come si formino queste strutture.

I ricercatori della Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences, in collaborazione con scienziati finlandesi e francesi, hanno dimostrato che all'origine del processo di girificazione ci sarebbe una semplice instabilità meccanica. Il numero, le dimensioni, la forma e la posizione dei neuroni durante la prima fase di crescita del cervello portano all'espansione della materia grigia, rispetto alla sottostante sostanza bianca: questo mette la corteccia sotto pressione, generando una instabilità che, localmente, causa la formazione delle pieghe.

La comprensione di questo fenomeno, spiegano gli autori dello studio che è stato pubblicato da Nature Physics, è fondamentale per aiutare a comprendere il più recondito funzionamento del cervello e per indagare all'interno dei disordini collegati ad esso.

Un modellino in gel

Ma per giungere a guardare veramente "da vicino" il cervello, come fare? I ricercatori hanno scelto di ricreare un modello tridimensionale in gel di un cervello liscio servendosi dei dati relativi ai feti umani, ricavati grazie alla tecnica dell'Imaging a risonanza magnetica. La superficie del modello è stata ricoperta di un ulteriore sottile strato di gel; la differenza tra le due sostanze era evidente nel momento in cui, immerso il modello in un solvente, reagivano diversamente. Proprio la reazione con il solvente ha portato, in pochi minuti, alla formazione, sotto pressione, di curve e giri simili, in taglia e forma, a quelli di un vero e proprio cervello. Addirittura, i ricercatori si sono detti sorpresi per l'entità della similitudine tra il modello di laboratorio ed l'organo umano.

Questione di fisica

Il risultato degli scienziati ha quindi il merito di evidenziare come le stesse forze fisiche abbiano un ruolo essenziale nello sviluppo del sistema nervoso centrale. Secondo gli autori del lavoro, tale osservazione "ravvicinata" dello sviluppo del cervello pone le basi per futuri studi in grado di migliorare diagnosi e trattamento di diversi disturbi neurologici.